冶金反應(yīng)工程學(xué)考試題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——冶金反應(yīng)工程學(xué)考試題答案

冶金反應(yīng)工程學(xué)復(fù)習(xí)題答案

一、填空題

1化學(xué)反應(yīng)熔化凝固工業(yè)裝置（反應(yīng)器）原子、分子層次2定量液體滾動傳熱傳質(zhì)反應(yīng)器生產(chǎn)效率產(chǎn)品質(zhì)量3實(shí)際冶金反應(yīng)解決工程問題基礎(chǔ)科學(xué)理論反應(yīng)裝置特性4反應(yīng)機(jī)理求反應(yīng)速率常數(shù)k和反應(yīng)級數(shù)n5三傳物質(zhì)、熱量、動量

6混合程度三傳物質(zhì)的濃度

7間歇反應(yīng)器活塞流反應(yīng)器全混流反應(yīng)器非理想滾動反應(yīng)器8脈沖法階躍法分布密度分布函數(shù)

9宏觀尺度上微觀尺度上分子程度上分子擴(kuò)散10機(jī)理半經(jīng)驗(yàn)黑箱

11脈沖法密度曲線階躍法分布函數(shù)12無有

13雙膜滲透表面更新湍流傳質(zhì)

14流化床管式連續(xù)移動式管式連續(xù)間歇式槽型15dbca

二、名詞解釋

1、間歇反應(yīng)器及其特點(diǎn)a、由于猛烈攪拌，反應(yīng)器內(nèi)物料濃度達(dá)到分子尺度上的均勻，且反應(yīng)器內(nèi)濃度四處相等，因而排除了物質(zhì)傳遞對反應(yīng)得影響。

b、具有足夠強(qiáng)的傳熱條件，溫度始終相等，無需考慮反應(yīng)器內(nèi)的傳遞問題。c、物料同時參與并同時中止反應(yīng)，所有物料具有一致的反應(yīng)時間。

2:、活塞流反應(yīng)器的特點(diǎn)

a、連續(xù)定態(tài)下，各個截面上的各種參數(shù)只是位置的函數(shù)，不隨時間變化。b、徑向速度均勻，徑向也不存在濃度梯度。c、反應(yīng)物料具有一致的停留時間。

3、全混流反應(yīng)器的特點(diǎn)

反應(yīng)器內(nèi)物料的濃度和溫度四處相等，且等于反應(yīng)器流出物料的濃度和溫度。

4、停留時間

物料從進(jìn)入反應(yīng)器開始到離開反應(yīng)器為止，在反應(yīng)器中所經(jīng)歷的時間。它與化學(xué)反應(yīng)時間直接相關(guān)，是影響反應(yīng)結(jié)果的重要參數(shù)。

5、固定床反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：a、裝置內(nèi)的氣流接近活塞流，可獲得較高的轉(zhuǎn)化率；

b、可調(diào)理氣體流量，控制和改變氣體反應(yīng)物的停留時間；

c、可調(diào)理和控制反應(yīng)體系的溫度分布。

缺點(diǎn)：a、間歇式非穩(wěn)態(tài)過程，更換物料需要時間，作業(yè)率受到影響：b、床層內(nèi)傳熱條件差，要有控溫手段。

6、移動床反應(yīng)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍

特點(diǎn)：a、反應(yīng)氣體通過固料填充層滾動，與固定床特性相像：

b、固體物料在床層間緩慢了滾動，原料顆?？梢赃B續(xù)供給，產(chǎn)物可以連續(xù)排出，

它屬于逆流逆流式連續(xù)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)器

c、反應(yīng)效率（轉(zhuǎn)化率）高，停留時間均勻、操作彈性大；即使氣流速度變化大，床層密度可視為不變。

應(yīng)用范圍：各種礦石的燒結(jié)、球團(tuán)的燒結(jié)、煉鐵高爐、銅鉛的古風(fēng)熔煉爐爐身部分。

7、流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)

a、在流化床層內(nèi)，顆粒呈猛烈的沸騰狀態(tài)，傳熱效率高，床層溫度均勻，主要用于熱效率大的反應(yīng)；

b、固體顆粒直徑小，顆粒內(nèi)部擴(kuò)散阻力小，則反應(yīng)效率較高適用于大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)；c、顆粒運(yùn)動接近全混流，需要采用多級反應(yīng)器提高固體物料轉(zhuǎn)化率。

8、兩相以上繁雜冶金反應(yīng)裝置的特點(diǎn)a、反應(yīng)過程中氣-液-固三態(tài)并存；

b、各相之間化學(xué)反應(yīng)、相變相互發(fā)生；

c、各相之間伴隨著物質(zhì)、熱量的相互轉(zhuǎn)移或滾動。

9、高溫爐渣/金屬液-液相反應(yīng)的動力學(xué)特點(diǎn)

a、由于反應(yīng)溫度高，冶金反應(yīng)中傳質(zhì)過程為限制環(huán)節(jié)渣金反應(yīng)一般可用雙膜理論來描述；

b、渣金反應(yīng)都是有電子傳遞的氧化還原反應(yīng)，兩者都是導(dǎo)體，反應(yīng)必需涉及電化學(xué)問題；

c、實(shí)際上的渣金反應(yīng)都是在高溫下進(jìn)行的，尋常狀況下，接口反應(yīng)速度比通過邊界層的傳質(zhì)速度快，因此，該類反應(yīng)往往受邊界層的傳質(zhì)速度控制。但有些狀況下也受化學(xué)反應(yīng)控制。

10解釋以下各反應(yīng)中無因次量的物理意義（含義）

1）流體/固體反應(yīng)的逆流式移動床反應(yīng)器：

Ψ氣相無因次濃度η反應(yīng)層無因次高度

ξ無因次反應(yīng)接口半徑ω?zé)o因次氣模質(zhì)量擴(kuò)散速度常數(shù)

β無因次產(chǎn)物層質(zhì)量擴(kuò)散速度常數(shù)α無因次化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)φ無因次反應(yīng)性常數(shù)

2）浸入式噴粉精煉反應(yīng)器：

x渣中無因次濃度y金屬相中無因次濃度θ無因次時間a持續(xù)接觸反應(yīng)無因次速度常數(shù)b上浮期間移動接觸反應(yīng)無因次速度常數(shù)

三、論述題

1、闡述冶金反應(yīng)工程學(xué)的解析步驟

a、綜合分析裝置內(nèi)發(fā)生的各種現(xiàn)象與子過程之間的相互作用關(guān)系；

b、假定（簡化）建模：運(yùn)用滾動、混合和分布函等概念，簡化條件，通過動量、熱量和物料平衡建立反應(yīng)裝置操作過程的數(shù)學(xué)模型；

c、求解：得到操作特性與各種參數(shù)間的變化規(guī)律，尋求優(yōu)化設(shè)計和生產(chǎn)過程的最優(yōu)化操作條件；

d、驗(yàn)證：用實(shí)際生產(chǎn)過程的反應(yīng)器驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型的正確性和適應(yīng)性。

2、試述反應(yīng)器中三傳過程的各種物理量的衡算通式動量輸入速度—輸出速度=積累速度

質(zhì)量流入速度—流出速度—反應(yīng)消耗速度=積累速度

熱量熱流入速度—熱流出速度+反應(yīng)放熱速度—系統(tǒng)外交換速度=熱積累速度

3、試描述求解反應(yīng)器的最正確性能指針和操作條件是必需考慮的內(nèi)容

a、反應(yīng)機(jī)理原料（反應(yīng)物）如何到達(dá)反應(yīng)區(qū)，產(chǎn)物如何離開反應(yīng)區(qū)b、反映接口狀況（g/s、g/l、g/g、l/s、l/l、s/s）與物質(zhì)結(jié)構(gòu)影響c、求反應(yīng)活化能E(溫度、濃度變化)

d、求出表征反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)+滾動+混合+質(zhì)量能量傳遞的反應(yīng)速度表達(dá)式e、求解反應(yīng)器的最正確性能指針和操作條件

4、試寫出化學(xué)反應(yīng)速度式的確定步驟

a、弄清化學(xué)反映本鎮(zhèn)的規(guī)律（熱力學(xué)、動力學(xué)）；b、弄清試驗(yàn)體系內(nèi)物質(zhì)的“三傳〞規(guī)律；

c、用捂著、熱量、動量平衡關(guān)系聯(lián)立求解a、b間的相互聯(lián)系。

5、簡述流體-固體反應(yīng)得特點(diǎn)

反應(yīng)物和生成物在s/l接口之間傳遞（傳質(zhì)）、在相接口發(fā)生反應(yīng)、反應(yīng)過程中s相結(jié)構(gòu)、相接口的幾何形狀改變、反應(yīng)過程中產(chǎn)生熱效應(yīng)相等。反應(yīng)規(guī)律大致一致6、試描述反應(yīng)器類型的選擇原則（從理想反應(yīng)器特性與化學(xué)反應(yīng)機(jī)理上考慮）為獲得較高的反應(yīng)率，根據(jù)理想反應(yīng)器特性必需遵循：a、當(dāng)反應(yīng)物濃度很低時，選擇全混流反應(yīng)器

b、對于單一反應(yīng)，反應(yīng)級數(shù)較高，需采用間歇或活塞流反應(yīng)器c、對于繁雜反應(yīng)，反應(yīng)級數(shù)較低，則采用全混流反應(yīng)器

7、試表達(dá)活塞流反應(yīng)器的空時與停留時間的關(guān)系

假使化學(xué)反應(yīng)體系為恒容反應(yīng)，則其空時與停留時間相等。假使化學(xué)反應(yīng)體系為膨脹反應(yīng)，則其空時小于停留時間。

假使化學(xué)反應(yīng)體系為收縮反應(yīng)，則其空時大于停留時間。

8、是論述把冶金過程變?yōu)閿?shù)學(xué)模型的必備知識和步驟其必備知識為：a、根據(jù)冶金反應(yīng)過程確定假定條件b、根據(jù)冶金反應(yīng)過程確定化學(xué)反應(yīng)方程式c、根據(jù)冶金流程選擇、確定冶金反應(yīng)裝置（反應(yīng)器）類型

其步驟為：a、根據(jù)假定條件確定數(shù)學(xué)模型的邊界條件

b、根據(jù)冶金反應(yīng)化學(xué)方程式確定熱量、質(zhì)量平衡方程

c、根據(jù)冶金反應(yīng)裝置（反應(yīng)器）的條件確定動力學(xué)方程、動量平衡方程d、應(yīng)用與反應(yīng)器一致類型的質(zhì)量、熱量平衡方程表征研究對象的質(zhì)量、熱

量與時間的變化關(guān)系

e、用邊界條件、反應(yīng)器幾何條件、傳梳理論和數(shù)學(xué)方法等求解該過程

9、試論述精煉過程中爐渣/金屬之間的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)特點(diǎn)

a、由于反應(yīng)溫度高，冶金反應(yīng)中傳質(zhì)過程為限制環(huán)節(jié)渣金反應(yīng)一般可用雙膜理論來描述；b、渣金反應(yīng)都是有電子傳遞的氧化還原反應(yīng)，兩者都是導(dǎo)體，反應(yīng)必需涉及電化學(xué)問題；c、實(shí)際上的渣金反應(yīng)都是在高溫下進(jìn)行的，尋常狀況下，接口反應(yīng)速度比通過邊界層的傳質(zhì)速度快，因此，該類反應(yīng)往往受邊界層的傳質(zhì)速度控制。但有些狀況下也受化學(xué)反應(yīng)控制。

10、試描述流化床反應(yīng)器的形成過程

氣體流速較低時，氣體通過顆粒間滾動而顆粒基本不動固定床當(dāng)氣體流速增加，床層的孔隙率開始增大膨脹床

當(dāng)氣體流速增加到某一臨界值以上，床層中的顆粒被流體托起流化床進(jìn)一步增加氣體流速，床層膨脹均勻、顆粒粒度分布均勻散式流化床氣體流速越高，氣泡造成的床層波動（擾動）越猛烈聚式流化床更大氣體流速會造成床層的節(jié)涌達(dá)到氣力輸送。

11、試描述干風(fēng)格也循環(huán)流量模型的建模條件及其示意圖

建模條件：a、把鋼液分為鋼液主體區(qū)和反應(yīng)區(qū)兩部分；

b、鋼液進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的各組元馬上發(fā)生反應(yīng)并平衡；

c、離開反應(yīng)區(qū)的鋼液與主體鋼液混合后再次進(jìn)入反應(yīng)區(qū)；

d、反應(yīng)區(qū)的鋼液量遠(yuǎn)小于總鋼液量，其組元的元素積累可以忽略。

示意圖見4-12（67）

四、計算題

1、定量描述流體-固體之間未反應(yīng)收縮核模型的傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)過程數(shù)學(xué)模型

解：當(dāng)傳質(zhì)為限制環(huán)節(jié)時，其質(zhì)量流量可表述為：

A傳質(zhì)到固體表面的mol通量為：NA=—DAC▽C+XA（NA+NC）（1）其中：DAC—反應(yīng)氣體/生成氣體之間的擴(kuò)散系[cm2/sec]XA—流體中反應(yīng)氣體A的mol分率NA—傳遞到固體表面的mol通量[mol/sec]NC—產(chǎn)物C的mol通量[mol/sec]

由于NA=—（1/C）NC,則（1）式可改寫為：

NA=Vkm(CAb-CAs)km—傳質(zhì)系數(shù)[cm/sec]

當(dāng)化學(xué)反應(yīng)為控制環(huán)節(jié)時，總反應(yīng)速度可用單位面積上A的消失速度表示，nmrA?k[C?(CAsRs/Ke)]

此時，CAS=CAb，CRS=CRb，A與B的消失計量關(guān)系為，rA??Sdrcbdt

其中，rc為顆粒半徑[cm]，ρs為顆粒密度[g/cm3]

?SDAC2、解：1）當(dāng)固體的孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A分子的自由程時：DAe??2)當(dāng)A分子的平均自由程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固體的孔徑時：DAe?DAK?B28RT?MA

111??3）當(dāng)A分子的平均自由程幾乎等于固體孔徑時：DAeDAKeDACe

3、表述間歇流流反應(yīng)器中均相反應(yīng)，反應(yīng)率隨時間的變化的數(shù)學(xué)模型。解：對整個